همچنین نرم افزار های شبیه سازی تجاری متعددی نیز وجود دارند که از جمله مهمترین آنها می توان به

شبیه سازهای  BONeS,COMNET ,OPNET اشاره کرد. در اینجا به صورت مختصر به هر یک از این شبیه سازها و کاربرد آنها اشاره می کنیم.

شبیه ساز Real برای بررسی رفتار پویا و متغیر روشهای کنترل ازدحام و کنترل جریان در شبکه های داده با سوئیچینگ بسته ای به کار می رود. در این نرم افزار توپولوژی شبکه، پروتکل های مختلف و همچنین پارامترهای کنترلی به صورت یک سناریو تعریف می شوند. همچنین بیش از 30 ماژول مختلف در این نرم افزار آماده شده است که می توان با استفاه از آنها رفتار پروتکلهای مختلف کنترل جریان را به صورت دقیق شبیه سازی و تقلید کرد.

شبیه ساز Insance برای بررسی رفتار الگوریتمهای مختلف در زمینه IP روی ATM طراحی شده است. شبیه ساز Netsim به منظور مدل کردن دقیق استاندارد اترنت و بررسی معظلات موجود در آن به کار می رود. شبیه ساز Maisie مبتنی بر زبان برنامه نویسی C بوده و برای شبیه سازیهای سلسله مراتبی مناسب است.

شبیه سازهای شبکه  مختلف را از دیدگاههای مختلف می توان تقسیم بندی کرد. که یکی از این دیدگاهها برای تقسیم بندی شبیه سازهای شبکه روشی است که برای شبیه سازی به کار می برند. به طوریکه در حالت کلی شبیه سازی به دو روش متفاوت صورت می گیرد. روش اول شبیه سازی به کمک آنالیز دقیق رویدادها و روش دوم شبیه سازی رویدادهای گسسته است. در روش اول برای شبیه سازی از مدلهای ریاضی برای حصول نتایج استفاده می شود و شبکه با مجموعه ای از معادلات ریاضی مدل می شود. عیب عمده این روش شبیه سازی در ساده کردن بیش از حد شبکه در این مدلها و عدم توانایی در شبیه  سازی رفتار پویای شبکه ها است. اما در روش دوم شبیه سازی در سطح پایین ( در سطح بسته های موجود در شبکه) انجام شده و و از این رو نتایج از دقت بالایی برخوردارند. در این روش نتایج با شبیه سازی رویدادهای گسسته بدست می آیند. اما بر خلاف روش اول که شبیه سازی با سرعت بالایی انجام می شود، در این شبیه سازها نتایج با سرعت کمی حاصل خواهند شد. اما راه حل مناسب، استفاده از ترکیب این دو روش در شبیه سازی با هدف داشتن عملکرد مورد قبول و حفظ دقت مورد نیاز در موارد بحرانی است. این شبیه سازها را اصطلاحا شبیه سازهای مرکب یا دو رگه گویند. از مهمترین این شبیه سازها می توان به OPNET و NS-2 اشاره کرد. شبیه ساز NS-2 نسخه دوم شبیه ساز شبکه است که توسط VINT گسترش داده شده است. NS-2 یک شبیه ساز شبکه مبتنی بر رویداد است که به وفور توسط مهندسین شبکه مورد استفاده قرار می گیرد. در این شبیه ساز مدلهای مختلفی از اغلب پروتکلهای اینترنت را در خود دارد و همچنین به دلیل باز بودن منبع آن دارای سطوح مختلف پیکربندی بوده و همچنین قابلیت ایجاد پروتکلها و کاربردهای متداول را دارا می باشد. شبیه ساز OPNET که در دانشگاه MIT و در سال 1987 ارائه شد، این امکان را برای کاربر فراهم می کند تا به طراحی و مطالعه شبکه های مخابراتی مختلف، ادوات شبکه و پروتکلهای موجود در شبکه بپردازد. یکی از قابلیتهای مهم این شبیه ساز شیء گرا بودن آن است که روند شبیه سازی را برای طراح بسیار ساده و قابل درک می کند. همچنین یکی دیگر از قابلیتهای آن سلسله مراتبی بودن روند طرح ریزی مسئله در آن است. به نحوی که بعدا خواهیم دید برای ایجاد یک سناریو و انجام یک شبیه سازی در آن، سه سطح مسئله را می توان مطرح کرد.

2- معرفی شبیه ساز OPNET

OPNET یک شبیه ساز تجاری بوده که برای شبیه سازی پروتکلهای رایج در شبکه و مدلهای مختلف در شبکه های با رنج  بسیار متنوع به کار می رود. به طوریکه در این نرم افزار مدلهایی برای شبیه سازی شبکه هایی از ابعاد کوچک و در حد یک LAN ساده تا شبکه های ماهواره ای بزرگ وجود دارد. در این نرم افزار از شبیه سازی رویدادهای گسسته جهت آنالیز عملکرد و رفتار شبکه ها استفاده می شود. این نرم افزار بر روی سیستم عاملهای Windows و Solaris قابل نصب است. همچنین برای اجرای صحیح شبیه سازی باید کامپایلر C++ یا ANSI نصب شده باشد. پس از نصب کامل نرم افزار که شامل قسمتهای Modeler و Model library  و documentation است و اجرای اولیه آن جهت وارد کردن اطلاعات مربوط به icense نرم افزار، می توان کار را با    OPNET آغاز کرد. در این حالت پس از اجرای نرم افزار پنجره اصلی آن به صورت زیر باید نمایان شود.

اگر بخواهیم توصیف کلی از این شبیه ساز داشته باشیم، موارد زیر را می توان عنوان کرد:

الف- این شبیه ساز ابزارهای پرقدرتی را در جهت کمک به کاربر در انجام 4 مرحله مختلف یک شبیه سازی فراهم می کند.

به طور کلی برای انجام یک شبیه سازی، می توان 4 مرحله کاری مختلف را در نظر گرفت. این مراحل در شکل 2 به خوبی نشان داده شده است. با استفاده از این شبیه ساز می توان مراحل نشان داده شده در شکل را به خوبی اجراء کرد.

ب- در شبیه ساز OPNET یک ساختار سلسله مراتبی برای شبیه سازی به کار می رود. به عبارت دیگر مسئله در  سطوح مختلف تعریف می شود که در هر سطح جنبه های مختلف مدل مطرح می شود.

ب- کتابخانه این شبیه ساز بسیار کامل بوده و شامل آخرین پروتکلها و مدلهای ارائه شده در زمینه شبکه است. همچنین این قابلیت را نیز دارا می باشد که پژوهشگران شبکه برای خود اقدام به روز رسانی مدلهای موجود در آن می کنند.

3- ساختار سلسله مراتبی در شبیه سازی OPNET

همانطور که قبلا عنوان شد روند طرح ریزی مساله به صورت سلسله مراتبی می باشد به عبارت دیگر محیط شبیه سازی در آن دارای سه سطح طراحی است که عبارتند از:

1)     Network یا Project

2)     Node

3)     Process

هر یک از این سه ابزار طراحی یک ویرایشگر نامیده می شوند و در هر کدام چنانچه خواهیم دید محیطی متفاوت برای طراحی یک بخش از مساله آماده شده است. در سطح اول طراحی، توپولوژی کلی شبکه شامل گره ها، لینکها و .... رسم می شود. در سطح Node رفتار تک تک عناصر شبکه طراحی و ترسیم می شود. لذا برای هر عنصر در شبکه یک ساختار جداگانه بر مبنای ویژگیهای آن عنصر، در سطح Node تعریف می شود. در این ویرایشگر ساختار لایه ای هر عنصر شبکه و ارتباط میان لایه ها تعیین می شود. در این سطح طراحی، با ماژولها و دنباله بسته ها سرو کار داریم

در سطح Process هم نهایتا عملکرد و رفتار هر ماژول را می توان تعریف کرد. در واقع وظیفه ای که هر ماژول به عهده دارد را اصطلاحا Process گویند. هر Process مجموعه ای از دستورالعملها بوده که با استفاده از روش ماشین با حالت محدود (FSM) مدل می شود. در این سطح، شبیه سازی بر مبنای زبان برنامه نویسی Proto-c صورت می گیرد. Proto-c برای مدل کردن پروتکلها و الگوریتمها طراحی شده است و شامل یک محیط گرافیکی از دیاگرامهای STD ، کتابخانه ای از دستورات سطح بالا که به KPs معروفند و زبان برنامه نویسی C یا C++ است.  هر STD  از مجموعه ای از حالتها تشکیل شده که برحسب رخداد شرایط خاص گذار بین این حالتها صورت می گیرد.

البته به جز ویرایشگرهای اصلی ذکر شده، محیطهای ویرایش دیگری نیز در OPNET وجود دارند. این ویرایشگرها به نوعی در خدمت سه ویرایشگر اصلی عنوان شده و مدلهایی ایجاد می کنند که در ویرایشگرهای اصلی مورد استفاده قرار می گیرند. در شکل زیر ساختار سلسله مراتبی شبیه سازی در OPNET به خوبی نشان داده شده است.

در بخشهای بعدی هر یک از محیطها را به طور جداگانه بررسی می کنیم.

3-1- ویرایشگر شبکه (Network editor or Project editor )

این ویرایشگر محیط اولین مرحله از شبیه سازی است. در این ویرایشگر توپولوژی کلی شبکه با استفاده از مدلهایی از جدیدترین ادوات و تجهیزات مخابراتی و شبکه که در کتابخانه این نرم افزار موجود است، طراحی و مدل می شود. ساختار شبکه در این محیط شامل گره ها و لینک هایی است که این گره ها را به هم متصل می کند. هر یک از این گره ها دارای پارامترهای مختلف بوده که قابل تغییر به نحو دلخواه هستند. برای رسم توپولوژی شبکه مورد نظر همانطور که در ادامه توضیح خواهیم داد می توان گره ها و لینک های مورد نظر را از پنجره ای که object palette نامیده می شود به روش درگ کردن به محیط ویرایشگر شبکه وارد کرد.

همچنین برای رسم شبکه هایی با ابعاد وسیع در این محیط می توان موقعیت جغرافیایی شبکه را نیز به دلخواه تعیین کرد.

برای رسم ساختار شبکه های با تعداد گره های زیاد و ساختار مشخصی نظیر ..... bus و ring و star می توان روش سریعتری به کار برد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت. در این محیط می توان پس از رسم ساختار کلی شبکه و تعیین پارامترهای مورد نظر برای شبیه سازی اقدام به اجرای شبیه سازی و مشاهده نتایج حاصل از آن کرد.

برای وارد شدن به محیط ویرایشگر شبکه، پس از اجرای نرم افزار و باز شدن پنجره اصلی شکل بالا از منوی File یکی از گزینه های New یا Open  را انتخاب می کنیم. با انتخاب گزینه OPEN می توان مدلهایی که در کتابخانه OPNET موجود است را باز کرد. این مدلها شامل اکثر پروتکلهای رایج شبکه نظیر TCP و IP و RIP و Ethernet و ATM و .... است. با باز کردن یکی از این مدلها، محیط ویرایشگر شبکه که در آن توپولوژی مربوط به استاندارد مربوط رسم شده است نمایان می شود. با انتخاب گزینه New می توان یک سناریوی جدید که مد نظر است ایجاد کنیم که قبل از باز شدن پنجره مربوط به ویرایشگر شبکه باید پارامترهای مربوط به نوع شبکه مورد نظر را انتخاب و تعیین کرد که در اینجا بیشتر در مورد آن صحبت خواهیم کرد. پس از انتخاب گزینه New از منوی File مطابق شکل زیر پنجره کوچکی باز شده که در آن باید با توجه به اینکه در چه سطحی قصد انجام شبیه سازی داریم (Network, Node, Process) یکی از گزینه های مربوط را انتخاب کرد. در اینجا چون ما در سطح (Network) Project کار می کنیم، گزینه Project را انتخاب می کنیم. بعد از تایید آن و انتخاب نام برای پروژه مورد نظر، پنجره ای باز خواهد شد که در آن باید توپولوژی اولیه شبکه را تعیین کرد.

همانطور که در ادامه توضیح خواهیم داد، در صورتی که بخواهیم ساختار شبکه بر مبنای یک ساختار قبلی که در قالب یک فایل خاص ( XML یا فایل متنی ATM یا فایلهای تعریف شده دیگر ) قرار دارد می توان در این پنجره گزینه های مربوط به هر فایل را انتخاب کرد شکل زیر. در غیر این صورت با انتخاب گزینه اول، می توان شبکه را از ابتدا و با روشهای موجود در ویرایشگر شبکه طراحی کرد.

برای این منظور پنجره ای دیگر ظاهر خواهد شد که در آن باید مشخصات جغرافیایی شبکه را انتخاب کرد. در اینجا بسته به نوع طراحی می توان یکی از گرینه های مورد نظر را انتخاب کرد. در صورت انتخاب بعضی از گزینه ها باید در مرحله بعدی ابعاد جغرافیایی شبکه را بر حسب متر یا کیلومتر در پنجره ای که بعد از آن ظاهر خواهد شد وارد کرد. همچنین با انتخاب گزینه های World یا choose from maps می توان موقعیت شبکه را با توجه به نقشه کره زمین انتخاب کرد. بعد از تعیین موقعیت جغرافیایی شبکه، پنجره ای ظاهر خواهد شد که در آن می توان تکنولوژی ادوات مورد استفاده برای شبیه سازی را انتخاب کرد.

آخرین پنجره ای که برای وارد کردن اطلاعات مورد نظر شبکه ظاهر خواهد شد، پنجره ای است که در آن تمامی موارد انتخاب شده توسط کاربر در پنجره های قبلی ( ساختار جغرافیایی شبکه، تکنولوژی ادوات مورد استفاده و ...) به صورت خلاصه جهت تایید نهایی کاربر وجود دارد. بعد از تایید آن مراحل اولیه جهت کار با ویرایشگر شبکه تمام شده و محیط این ویرایشگر ظاهر خواهد شد که می توان طراحی را بر اساس پارامترهای مورد نظر انجام داد.

به عنوان مثال در شکل زیر محیط این ویرایشگر را برای یک سناریو که بر مبنای استاندارد ATM طرح شده است می بینیم.

در این شکل همچنین نواحی مختلف این محیط نشان داده شده است که در اینجا به توضیح آنها می پردازیم.

الف- نوار فهرست

این ناحیه که در بالای پنجره واقع است شامل منوهای مختلف نظیر .... و view و Edit و File است که کاربرد اکثر این منوها احتیاج به توضیح خاصی ندارد. البته بعضی از این منوها کاربردهای خاص خود را داشته که در موقع لزوم به آنها اشاره می کنیم. راه دیگر دستیابی به عملکرد این منوها کلیک راست کردن بر روی اشیاء ( گره ها و لینک ها) و یا در محیط خالی پنجره است که دستیابی به منوها از این طریق امکان پذیر است.

ب- محیط کار (workspace)

بخش مرکزی پنجره این ویرایشگر که مدل شبکه در آن رسم می شود را Workspace می گویند. با کلیک راست کردن در فضای خالی این محیط می توان به منوهای موجود در نوار فهرست دسترسی پیدا کرد.

ج- ناحیه پیغام (Message Area)

این ناحیه در پایین پنجره واقع شده و در آن پیغامهای مورد نیاز برای اطلاع کاربر ظاهر می شوند.

همچنین در سمت راست این ناحیه آیکنی قرار دارد که به آن Message Buffer Icon می گویند. با کلیک کردن بر روی این آیکن پنجره ای به نام بافر پیغام (( Message Buffer باز می شود. کاربرد این پنجره در مواردی است که طول پیغام زیاد بوده و فقط بخشی از پیام در Message Area قابل رویت است. در این حال می توان کل پیغام را در این پنجره مشاهده کرد. همچنین کلیه پیامهای قبلی نیز در این پنجره ذخیره و موجود است.

د- دکمه های ابزار (Tool Buttons)  

در این عملکردهایی از این ویرایشگر که مهمتر از بقیه بوده و به وفور استفاده می شوند جهت در دسترس بودن قرار داده شده اند شکل زیر. همچنین تمامی این عملکردها از طریق یکی از منوهای موجود در Menue Bar نیز قابل دسترسی هستند.

در شکل زیر این ناحیه را می توان مشاهده کرد که در آن هر گزینه با یک شماره مشخص شده است و در جدول زیر عملکرد هر گزینه به صورت خلاصه آمده است.

3-1-1 پنجره object palette

با استفاده از گزینه شماره 1 می توان پنجره object palette باز کرد در این پنجره همانطور که قبلا هم عنوان شد کلیه تجهیزات مورد استفاده در طراحی سخت افزاری شبکه شامل روتر، سوئیچ، سرور و همچنین لینکهای مختلف وجود دارد و می توان از آن به روش درگ کردن این ادوات را به محیط شبیه سازی وارد کرد. در این پنجره این قابلیت هم وجود دارد که تکنولوژی ساخت این ادوات را نیز به دلخواه انتخاب کرد. شکل زیر پنجره Object Palette را نشان می دهد.

 

به طور کلی ادوات موجود در پنجره object palette را می توان به 4 دسته زیر تقسیم کرد که در ادامه آنها را توضیح می دهیم

1-    Devices 2-  links 3-  LANs and clouds 4- utility objects

Device ها اکثریت ادوات موجود در این پنحره را تشکیل می دهند و ادوات سخت افزاری نظیر روترها، سوئیچها، hub ، server ، Firewallهستند.

لینک ها جهت اتصال گره ها به یکدیگر در تکمیل ساختار شبکه به کار می روند. هر لینک پارامترهایی نظیر سرعت ارسال اطلاعات، تاخیر، احتمال خطا و .... داشته که در OPNET نیز این پارامترها برای هر لینک قابل تعیین است. یکی از مهمترین  ویژگی های یک لینک سرعت ارسال اطلاعات در آن است که بر حسب بیت بر ثانیه بیان می شود. در  OPNET این ویژگی به صورت صریح در شکل گرافیکی یک لینک نشان داده شده است و در واقع هر لینک با این پارامتر شناسایی می شود. به عنوان مثال یک لینک که با 10 BaseT نشان داده می شود سرعت Mbps 10 دارد. در شکل زیر مدل یک لینک در OPNET نشان داده شده است.

در OPNET این امکان فراهم شده است که هر گره پایانی همراه با جزئیات آن قابل شبیه سازی و مدل کردن است. اما در بعضی موارد کاربر ترجیح می دهد که یک شبکه پایانی کوچک ( یا یک LAN ساده) به صورت خلاصه با یک گره که مدل کننده تمام ویژگیهای آن است نشان داده شود.

با اینکار هم کاربر از درگیری  با جزئیات درون یک  LAN رهایی می یابد و هم اینکه در پیکربندی این LAN زمان کمتری نسبت به حالتی که بخواهیم تک تک ادوات درون این LAN را پیکربندی کنیم صرف می شود. با استفاده از مدلهای LAN می توان به راحتی تعداد زیادی کاربر را برای انجام شبیه سازی وارد شبکه کرد.

در شکل زیر چند مدل LAN موجود در پنجره objective Palette  نشان داده شده است.

مدلهای دیگری که جهت ساده سازی ساختار شبکه در OPNET فراهم شده است، ابرها هستند. ابرها بخشی از یک شبکه WAN هستند که جهت ساده سازی به صورت یک گره در پنجره object palette قرار دارند. بیشتر کاربرد ابرها در مدل کردن اتصالات ستون فقرات شبکه های WAN است. ابرهای IP و ATM و Relay – Frame مهمترین مدلهای موجود در کتابخانه OPnet هستند. در شکل زیر یک شبکه WAN که در آن یک ابر جهت ساده سازی ساختار شبکه به کار رفته است نشان داده شده است.

در رسم توپولوژی یک شبکه در OPNET  بلوکهایی به کار برده می شوند که در دنیای واقعی به صورت یک واحد سخت افزاری وجود ندارند. به این بلوکها که هر یک در پنجره objective Palette  قرار دارند اصطلاحا اشیاء سودمند (utility object)  گفته می شود. در حالت کلی هر یک از  این بلوکها در شبکه یک وظیفه جانبی بر عهده دارد. به عنوان مثال وظیفه پیکربندی منابع شبکه می تواند برعهده یکی از این بلوکها گذاشته شود.

3-1-2 رسم ساختار شبکه در محیط ویرایشگر شبکه

یه طور کلی رسم توپولوژی یک شبکه در OPNET سه روش وجود دارد:

در روش اول می توان هر گره یا لینک مورد نیاز برای طراحی شبکه را به طور جداگانه از پنجره object palette به محیط ویرایشگر وارد کرد. برای این کار ابتدا با کلیک چپ کردن بر روی وسیله مورد نظر در پنجره object palette می توان آن را به محیط ویرایشگر منتقل کرد. با چندین بار کلیک چپ کردن در این محیط می توان به تعداد دلخواه از وسیله مورد نظر به محیط شبیه سازی انتقال داد. در نهایت برای خاتمه انتقال وسیله مورد نظر باید در محیط ویرایشگر کلیک راست کرد تا فرآیند انتقال آن وسیله به پایان برسد.

یکی از معایب این روش در رسم ساختار شبکه این است که در مواردی که تعداد گره ها و لینکهای شبکه زیاد است زمان زیادی برای کامل شدن ساختار شبکه طول می کشد. ضمن اینکه ساختار شبکه نیز ممکن است بسیار پیچیده بوده و لذا برای جلوگیری از وقوع اشتباه در نحوه اتصالات حوصله زیادی به خرج داد. برای این منظور روش دومی برای رسم ساختار کلی شبکه پیشنهاد می شود که استفاده از گزینه Raip Configuration است. با استفاده از این گزینه می توان در مواردی که شبکه مورد نظر دارای ساختاری منظم ( مثل ..... و bus و Tree و Star) و با تعداد گره های زیاد است، در کمترین زمان ممکن ساختار شبکه را رسم کرد. برای این منظور می توان از منوی Topology  گزینه Raip Configuration را انتخاب کرد. بعد از این کار پنجره ای مطابق شکل زیر باز خواهد شد. پس از انتخاب یکی از گزینه های مورد نظر برحسب ساختاری که برای شبکه در نظر داریم و تایید آن، در مرحله بعدی باید پارامترهای خاص شبکه نظیر تعداد گره ها، نوع گره ها و لینک ها، و همچنین اطلاعاتی راجع به موقعیت مکانی گره ها، را وارد کرد. به عنوان مثال اگر ساختار شیکه را Star  کنیم، پنجره ای مطابق شکل زیر باز خواهد شد که می توان اطلاعات مربوطه را در آن وارد کرد.

سومین روش برای رسم ساختار شبکه در محیط ویرایشگر شبکه، وارد کردن توپولوژی شبکه با استفاده از یک فایل خارجی است. در OPNET این قابلیت ایجاد شده است که بتوان از یک فایل خارجی اطلاعات مربوط به ساختار شبکه را وارد کرد. به طور کلی فایلهایی که برای این منظور به کار می روند عبارتند از:

فایلهای XML، فایلهای متنی ATM (ATM Text files) ، Device configuration data و .....

که برای این منظور بیشتر ار فایلهای XML استفاده می شود.

3-1-3 مشخص کردن پارامترهای مورد نظر برای اجرای شبیه سازی

بعد از رسم ساختار شبکه در محیط ویرایشگر نوبت به اجرای شبیه سازی می رسد. برای این منظور باید ابتدا پارامتر یا پارامترهایی که می خواهیم تغییرات آنها را در شبکه بررسی کنیم تعیین کنیم. به عنوان مثال اگر در یک مسئله با توسعه یک شبکه کوچک مواجه باشیم باید دید آیا باز کردن بار شبکه در اثر گسترش آن سرور عملکرد مورد قبولی خواهد داشت و یا خیر و همچنین تاخیری که در اثر توسعه شبکه تحمیل می شود قابل قبول خواهد بود. نرم افزار OPNET این قابلیت را دارد که به طور همزمان نتایج حاصل از شبیه سازی قبل و بعد از یک رویداد مختلف را بیان کرده و با یکدیگر مقایسه کند.

در OPNET پارامترهایی که قصد مشاهده میزان تغییرات آنها در شبکه را داریم به دو دسته تقسیم می شوند ( به این پارامترها اصطلاحا Statistics گفته می شود). دسته اول عمومی بوده (global) و در مورد همه ادوات شبکه صدق می کند. در مثال عنوان شده میزان تاخیر ناشی از توسعه شبکه پارامتری از این دسته است. چرا که همه کاربران شبکه در آن لحاظ می شوند. اما دسته دوم پارامترهایی هستند که مربوط به یک وسیله خاص بوده (object statistics) و فقط باید اطلاعات از آن جمع آوری شده و نتایج گزارش شود. در مثال فوق اگر بخواهیم میزان بار تحمیل شده به سرور را قبل و بعد از توسعه شبکه بررسی کنیم این پارامتر فقط مربوط به سرور بوده و لذا در دسته دوم این پارامترها قرار می گیرد. در هر صورت برای تعیین و تنظیم این پارامترها می توان با انتخاب گزینه statistics  Choose individual  از منوی Simulation اقدام به تعیین این پارامترها کرد. روش دیگر این است که بر  روی وسیله مورد نظر در محیط ویرایشگر کلیک راست کرده و گزینه statistics  Choose individual را انتخاب کرد. البته این کار فقط برای تعیین پارامترهای مخصوص یک وسیله ( دسته پارامترها در تقسیم بندی ) صورت می گیرد. برای پارامترهای عمومی می توان در محیط خالی ویرایشگر کلیک راست کرده و همان گزینه را انتخاب کرد. با انجام این کار پنجره ای مشابه شکل زیر برای پارامترهای دسته اول و مشابه شکل زیر برای پارامترهای دسته دوم باز خواهد شد.

بعد از اینکه پارامترهای مربوطه تعیین شدند، نرم افزار آماده اجرای شبیه سازی است. برای این کار می توان از منوی Simulation گزینه Run Simulation را انتخاب کرد و یا با کلیک کردن بر روی دکمه Configure/run simulation این کار را انجام داد شکل زیر بعد از این کار پنجره ای مطابق شکل زیر باز شده که در آن باید تنظیمات جانبی شبیه سازی نظیر مدت زمان شبیه سازی رفتار شبکه را انجام داد. با انتخاب گزینه Run در پایین پنجره، عملیات شبیه سازی آغاز می شود.

در طی زمانی که سیستم در حال اجرای شبیه سازی است پنجره ای باز می شود که میزان پیشرفت محاسبات را نشان می دهد.

3-1-4 مشاهده نتایج شبیه سازی

برای مشاهده نتایج شبیه سازی در OPNET راههای مختلفی وجود دارد. یکی از این راهها از طریق انتخاب گزینه View Results  است. با کلیک راست کردن در محیط خالی ویرایشگر و یا بر روی وسیله مورد نظر ( بسته به اینکه نتایج مربوطه به چه پارامتری را بخواهیم مشاهده کنیم ) می توان از منوی مربوطه این گزینه را انتخاب کرد. بعد از انتخاب این گزینه مجددا مشابه مرحله قبلی باید پارامتر مورد نظر که به دنبال مشاهده نتایج آن هستیم را انتخاب کنیم شکل زیر.

3-2 ویرایشگر Node

همانطور که قبلا هم عنوان شد، در این ویرایشگر ساختار لایه ای تک تک عناصر شبکه و نحوه ارتباط لایه ها با یکدیگر تعیین و تعریف می شود. لذا در این سطح با جریان داخلی بسته ها درون یک عنصر شبکه سر و کار داریم. به طور کلی هر عنصر شبکه که دارای تمامی یا برخی از قابلیتهای زیر باشد را یک گره تعریف می کنیم.

ایجاد بسته های اطلاعاتی، ذخیره آنها، ارسال و دریافت آنها و در نهایت مسیریابی داخلی و انجام پردازشهای لازم نظیر آنالیز محتویات بسته ها، مالتی  پلکسینگ، کشف و تصحیح خطاهای احتمالی بسته و ....

لذا هر گره شامل ادوات سخت افزاری لازم و همچنین نرم افزارهای مورد نیاز برای انجام چنین پردازشهایی است.

در این ویرایشگر برای مدل کردن لایه های مختلف تعریف شده درون یک عنصر از شبکه، از بلوکهایی با عنوان ماژول استفاده می شود. هر ماژول وظیفه مخصوص به خود را در مدل کردن یکی از جنبه های عملکرد داخلی هر گره به عهده دارد. به عنوان مثال ممکن است یک ماژول برای تولید بسته داشته باشیم و ماژول دیگری برای امر مسیریابی و پردازش هدر بسته و همچنین ماژولی نیز مدل کننده واحد ارسال اطلاعات باشد. بنابراین یک مدل در سطح Node از چندین ماژول تشکیل شده که برای عناصر پیچیده شبکه، تا چند صد ماژول هم ممکن است داشته باشیم.

ماژولها در این ویرایشگر به وسیله دنباله بسته ها و یا Statistic wires  به یکدیگر متصل می شوند. Packet Streams اتصالاتی هستند که بسته های اطلاعاتی را از ماژول مبدا به ماژول مقصد منتقل می کنند. همچنین این اتصالات به صورت لینکهایی مطمئن و عاری از هر گونه خطا و دارای پهنای باند نامحدود ( بطوریکه بسته ها با هر طولی بدون تاخیر منتقل می شوند) در نظر گرفته می شوند.

Statistic wires نیز مشابه Packet Stream اطلاعات را از یک ماژول به ماژول دیگر منتقل می کنند. اما بر خلاف  Packet Stream که بسته های اطلاعاتی را حمل می کنند، Statistic wires  بسته های کنترلی که باید بین ماژولها جهت انجام سیگنالینگ مبادله شوند را منتقل می کنند. همچنین با استفاده از Statistics wires این قابلیت برای هر ماژول فراهم می شود که یک کمیت متغیر را در بین ماژولهای دیگر مونیتور کند.

در بخش بعدی به بررسی انواع ماژولهای موجود در این ویرایشگر می پردازیم.

3-2-1 انواع ماژولها در ویرایشگر Node

به طور کلی در این نوع ویرایشگر 5 نوع ماژول مختلف می توان تعریف کرد که در اینجا به بررسی هر یک از آنها می پردازیم:

الف) ماژول پردازشگر

ماژول پردازشگر را می توان بلوکهای اولیه و پایه ای برای ایجاد هر مدل در این ویرایشگر دانست

این دسته از ماژولها برای انجام پردازشهای کلی بر روی بسته های اطلاعاتی به کار می روند. به عنوان نمونه یک ماژول پردازشگر می تواند یک بسته را از ورودی خود دریافت کرده و آن را پس از انجام پردازشهای لازم به خروجی ارسال کند.

این ماژولها به منظور دریافت و ارسال بسته ها به وسیله انواع مختلفی از  Packet Stream به ماژولهای دیگر متصل شوند. به عنوان مثال یک ماژول پردازشگر که وظیفه انجام عملیات مالتی پلکسینگ چندین سیگنال بر روی یک لینک را بر عهده دارد، دارای چندین Packet Stream ورودی و یک Packet Stream خروجی است.

ب) ماژولهای صف

هر ماژول صف از تعدادی زیر صف تشکیل شده است که تعداد آنها را می توان به دلخواه تعیین کرد. هر زیر صف را می توان به طور جداگانه پیکربندی کرد. در ابتدا ظرفیت هر زیر صف به صورت پیش فرض نامحدود است، ولی می توان آن را به دلخواه تغییر داد. این ماژولها نیز مشابه ماژولهای پردازشگر از طریق Packet Stream به دیگر ماژولها متصل می شوند تا ارسال و دریافت بسته ها میسر شود. شکل زیر ساختار داخلی یک ماژول صف را با تعدادی زیر صف نشان می دهد.

پ ) ماژولهای فرستنده

ماژولهای فرستنده را می توان رابط بین Packet Stream درون یک گره و لینک فیزیکی خارجی آن گره دانست. در حالت کلی منوط به اینکه نوع لینک فیزیکی چه باشد سه نوع ماژول فرستنده مطابق شکل فوق تعریف می شود. اگر چه هر سه نوع از این ماژول رفتار مشابهی در برخورد با بسته های وارد شده به آنها دارند، اما به دلیل متفاوت بودن ماهیت لینک فیزیکی که در هر کدام مدل می شود، این ماژولها با یکدیگر در برخی جنبه ها متفاوتند.

عملکرد هر ماژول فرستنده را می توان بدین نحو تشریح کرد که پس از دریافت بسته از یک یا چند Packet Stream ورودی خود، آنها را به نحو مناسب بر روی لینکهای مخابراتی مربوطه که به خروجی خود متصل اند ارسال می کنند. در واقع این ماژولها همان حکم لایه فیزیکی در ساختار لایه ای استاندارد را بر عهده دارند. شکل زیر نحوه اتصالات این ماژول را در یک مثال نشان می دهد.

 

ت ) ماژولهای گیرنده

ماژولهای گیرنده را می توان رابط بین لینکهای فیزیکی و  Packet Stream درون یک گره دانست و مشابه ماژولهای فرستنده بر حسب نوع لینک مخابراتی به کار رفته، بر سه نوع می باشند.

ماژولهای گیرنده می توانند بسته ها را بعد از دریافت بر روی یک یا چند Packet Stream خروجی خود ارسال کند. لذا در مدل یک گره در این ویرایشگر، ماژول گیرنده را می توان به عنوان منبع اطلاعات در نظر گرفت.

ث ) ماژول آنتن

این ماژول که تنها در نسخه OPNET Modeler / Radio  موجود است، برای تعیین ویژگیهای آنتن به کار رفته در ماژول فرستنده و یا گیرنده به کار می رود. با اینکار می توان به طور همزمان ویژگیهای یکسانی برای آنتنهای فرستنده و گیرنده موجود در یک گره تعریف کرد. به عنوان مثال با اینکار ماژولهای فرستنده و گیرنده می توانند از یک آنتن مشترک برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده کنند. شکل زیر این مطلب را به خوبی نشان می دهد.

در بخش بعدی به بررسی منوهای موجود در محیط ویرایشگر Node  می پردازیم.

3-2-2 منوهای مختلف در ویرایشگر Node  

همانطور که قبلا هم عنوان شد، ویرایشگر Node قابلیتهای فراوانی را برای شبیه سازی عملکرد تک تک گره های یک شبکه در اختیار کاربر قرار می دهد. کاربر می تواند از طریق منوهای موجود در نوار فهرست که در قسمت فوقانی محیط این ویرایشگر قرار گرفته است، به این قابلیتها دسترسی پیدا کند. در این بخش به بررسی این منوها می پردازیم:

منوی فایل (File)

این منو شامل عملکردهای سطح بالا نظیر باز کردن و یا بستن یک پروژه شبیه سازی شده، ذخیره تغییرات انجام شده بر روی پروژه و ..... است.

منوی Edit

شامل گزینه هایی Undo ، ، Cut ،Copy ، Paste و .... بوده که کاربرد آنها احتیاج به توضیح زیادی ندارد.

منوی Interfaces

این منو شامل گزینه هایی است که با استفاده از آنها کاربر می تواند رابطهای بین یک گره با گره های دیگر را تعریف کند. در جدول زیر وظیفه هر یک از این گزینه ها به صورت خلاصه فهرست شده اند.

منوی Objects

با استفاده از این منو کاربر می تواند اقدام به انتخاب ماژولهای مختلف برای ایجاد یک مدل جدید کند. در جدول زیر برخی از پر کاربردترین گزینه های این منو لیست شده اند.

منوی Window

با استفاده از این منو می توان به پنجره های مربوط به سایر ویرایشگرها دست یافت و یا همزمان چندین پنجره را در صفحه بصورت آبشاری مشاهده کرد. در جدول زیر عملکرد گزینه های مختلف این منو را می توان دید.

منوی Help  

با استفاده از منوی Help می توان به فایلهای pdf که اطلاعات مفیدی در رابطه با انجام نحوه شبیه سازی در ویرایشگرهای مختلف در اختیار ما می گذارد دست یافت. این فایلها در چند بخش به صورت online documentation، tutorial و بخشهای دیگر طبقه بندی شده اند.

در بخش بعدی به صورت خلاصه دکمه های ابزار موجود در محیط ویرایشگر Node  را بررسی می کنیم.

3-2-3 دکمه های ابزار

برخی از عملکردهای این ویرایشگر که در بخش قبلی توضیح داده شد، در حین ایجاد یک مدل جدید از سوی کاربر به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. لذا برای دسترسی سریعتر به این عملکردها، آنها را به صورت دکمه هایی جداگانه در قسمت دکمه های ابزار که در زیر نوار فهرست قرار گرفته است، در اختیار کاربر قرار داده اند. شکل زیر تمامی این دکمه ها را همراه با توضیح مختصری راجع به هر یک نشان می دهد.

3-3 ویرایشگر Process

همانطور که قبلا نیز اشاره شد، در ویرایشگر Process عملکرد هر ماژول تعریف می شود. شبیه سازی ماژولها در این ویرایشگر بر مبنای دیاگرامهای STD صورت می گیرد. در نتیجه عملکرد هر ماژول به صورت شماتیک و کاملا قابل درک نشان داده می شود. یک دیاگرام STD از تعدادی حالات تشکیل شده است که هر حالت با یک دایره مشخص می شود و با رخداد شرایطی خاص، گذار از حالتی به حالتی دیگر صورت می گیرد.

عملکرد هر حالت توسط زبان Porto-c بیان می شود. این زبان برنامه نویسی برمبنای زبان C استوار بوده و با افزودن یکسری توابع خاص به آن که به آنها Kernel Procedures گفته می شود و برای شبیه سازی الگوریتمها و پروتکلها طراحی شده است. در شکل زیر نمونه ای از یک مدل شبیه سازی در این ویرایشگر که شامل دیاگرام STD و برنامه C متناظر با یکی از حالات آن است را مشاهده می کنید.

3-3-1 حالات اجباری و غیر اجباری

حالتهای موجود در دیاگرام STD را به دو دسته حالتهای اجباری ( دایره های سبز رنگ) و حالتهای غیر اجباری ( دایره های قرمز رنگ) تقسیم بندی می کنند. یک حالت اجباری حالتی است که با ورود به آن، پس از اجرای وظایف تعریف شده مربوط به آن، به طور خودکار به حالت دیگری می رویم. به عنوان مثال پس از دریافت یک بسته به یکی از حالات وارد می شویم، و بعد از آنکه پردازشهای خاصی روی هدر بسته صورت گرفت به حالت دیگری که وظیفه دیگری دارد وارد می شویم. اما حالتهای غیر اجباری حالتهایی هستند که بعد از ورود به آنها و خاتمه انجام وظایف مربوط به آنها، در همان حالت متوقف می شویم تا اینکه شرایط خاصی رخ دهد. ورود به حالات معمولا به دلیل انتظار برای وقوع یک وقفه نظیر ورود یک بسته صورت می گیرد.

3-3-2 بررسی منوهای موجود در ویرایشگر process  

ویرایشگر  process همانطور که قبلا هم عنوان شد یک محیط مناسب با قابلیت های فراوان جهت مدلسازی فرآیندها و پروتکلهای رایج در شبکه، برای کاربر فراهم می کند. یک راه دسترسی کاربر به این قابلیت ها استفاده از منوهای موجود در نوار فهرست است که در بالای صفحه ویرایشگر قرار دارد. در این قسمت به بررسی این منوها می پردازیم:

 

 

منوی فایل (File)

این منو شامل عملکردهای سطح بالا نظیر باز کردن و یا بستن یک پروژه شبیه سازی شده، ذخیره تغییرات انجام شده بر روی پروژه و ..... است.

منوی Edit

شامل گزینه هایی Undo ، ، Cut ،Copy ، Paste و .... بوده که کاربرد آنها احتیاج به توضیح زیادی ندارد.

منوی Interfaces

این منو شامل گزینه هایی است که با استفاده از آنها کاربر می تواند رابطهای بین یک مدل با مدل های دیگر را تعریف کند. در جدول زیر وظیفه هر یک از این گزینه ها به صورت خلاصه فهرست شده اند.

 

منوی FSM

شامل گزینه هایی برای یک مدل STD است. برخی از این گزینه ها عبارتند از ایجاد حالت، ایجاد خط گذار و تنظیم حالت اولیه یا دیاگرام.

منوی Code Blocks

با استفاده از گزینه های موجود در این منو می توان به متغیرها، توابع مورد استفاده و به طور کلی تمام موارد مربوط به برنامه C نوشته شده برای مدل مربوطه دسترسی داشت. به عنوان مثال با استفاده از گزینه Function Block موجود در این منو می توان تمامی توابع استفاده شده در برنامه های C نوشته برای یک مدل را که در یک پنجره به صورت جداگانه لیست می شوند، مشاهده کرد.

منوی Compile :

شامل گزینه هایی برای کامپایل کردن برنامه های نوشته شده است. پس از انجام عملیات کامپایل کردن، با استفاده از گزینه List Code  که در این منو موجود است، می توان خطاهای احتمالی موجود در برنامه های نوشته شده را ملاحظه کرد و پس از اصلاح آنها مجددا اقدام به کامپایل کردن برنامه کرد. 

منوی Window

با استفاده از این منو می توان به پنجره های مربوط به سایر ویرایشگرها دست یافت و یا همزمان چندین پنجره را در صفحه بصورت آبشاری مشاهده کرد.

منوی Help  

با استفاده از منوی Help می توان به فایلهای pdf که اطلاعات مفیدی در رابطه با انجام نحوه شبیه سازی در ویرایشگرهای مختلف در اختیار ما می گذارد دست یافت. این فایلها در چند بخش به صورت online documentation، tutorial و بخشهای دیگر طبقه بندی شده اند.

 

 

3-2-3 دکمه های ابزار

برخی از عملکردهای این ویرایشگر که در بخش قبلی توضیح داده شد، در حین ایجاد یک مدل جدید از سوی کاربر به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. لذا برای دسترسی سریعتر به این عملکردها، آنها را به صورت دکمه هایی جداگانه در قسمت دکمه های ابزار که در زیر نوار فهرست قرار گرفته است، در اختیار کاربر قرار داده اند. شکل زیر تمامی این دکمه ها را همراه با توضیح مختصری راجع به هر یک نشان می دهد.

3-3-4) بررسی توابع تعریف شده در Porto-C

همانطور که قبلا هم اشاره شد، زبان برنامه نویسی Porto-C که در OPNET از آن استفاده می شود، بر مبنای زبان C و با افزودن یکسری توابع و دستورات سطح بالا به آن که به KPs معروفند، طراحی شده است. کاربرد آن هم بیشتر در شبیه سازی پروتکلها و الگوریتمها بوده و به همین دلیل محیطی گرافیکی شامل دیاگرامهای STD برای آن در نظر گرفته شده است. در این بخش مرور کوتاهی خواهیم داشت بر مهمترین و پرکاربردترین KPs موجود در کتابخانه این نرم افزار. در جدول چند نمونه از KP های عنوان شده را می توان دید.

نامی که برای هر KP در نظر گرفته می شود از یک مجموعه اسامی استاندارد انتخاب شده و شامل چند قسمت است. این اسامی به نحوی انتخاب شده اند که بیشترین شباهت را با اسامی رایج در زبان C داشته باشد. ساختار این نامها از چند قانون به صورت زیر پیروی می کند:

نخست آنکه تمامی این اسامی  با عبارت "op_" شروع می شوند، بدین مفهوم که توسط نرم افزار OPNET و برای مدل سازی در این نرم افزار مهیا شده اند. دومین بخش در یک نام KP مبین نوع گروهی است که KP مورد نظر آن در گروهی تقسیم بندی می شود. این گروه ها را اصطلاحا Package گویند. به عنوان مثال تعدادی از KP ها با انجام عملیات بر روی بسته های سر و کار دارند که تمامی آنها در یک Package به نام Package قرار می گیرند و با حروف اختصاری PK نشان داده می شوند.

از انواع Package های دیگر می توان به intrpt ( که مبین گروه های KP هایی است که با عملیات وقفه سر و کار دارند ) و همچنین dist ( که مشخص کننده آن گروه هایی از KP هایی است که با توزیعهای آماری سر و کار دارند)، اشاره کرد.

بخش سوم نام یک KP را می توان به نوعی یک sub- Package  دانست که یک تقسیم بندی اضافه تر درون یک Package است.

بعد از مقدمه ای که در این خصوص عنوان شد، حال به معرفی مختصر تعدادی از مهمترین KPs موجود در OPNET می پردازیم. همانطور که در بالا گفته شد، KP های بر مبنای نوع وظیفه ای که بر عهده دارند و عملیاتی که با آن سر و کار دارند، به Package های مختلفی تقسیم بندی می شوند. ما  نیز در اینجا برای معرفی انواع KPs، آنها را بر مبنای همین تقسیم بندی معرفی می کنیم.

-        گروه اول: Animation Package

این گروه از KP ها که با حروف اختصاری Anim شناخته می شوند، با انجام عملیات خلق تصاویر انیمیشن در حین اجرای شبیه سازی به کار می روند. در زیر تمامی این KP ها که در این Package تقسیم بندی می شوند را می توان دید.

-        گروه دوم : Distribution Package

 این گروه از KP ها که با حروف اختصاری Dist شناخته می شوند، با تولید و ایجاد مقادیر تصادفی (آماری) بر مبنای یک توزیع احتمال مشخص مانند توزیع یکنواخت یا توزیع نمایی سر وکار دارند.

کاربرد چنین مقادیر تصادفی را می توان در تولید پارامترهای تصادفی مفید در شبیه سازی، نظیر محاسبه زمان ورود بسته ها و وقوع وقفه، تولید آدرس مقصد بسته ها به صورت تصادفی و غیره دانست. در جدول زیر انواع مختلف این KP ها را می توان ملاحظه کرد.

گروه سوم : Event Package

این گروه از KP ها با رویداد اتفاق افتاده در طول یک شبیه سازی سر وکار دارند. با استفاده از این مثال گروه KP ها می توان به حذف و لغو رویدادهایی که وجود آنها پیش از این مورد نیاز نیست اقدام کرد. مثلا در TCP هنگامی که منتظر دریافت پیام Ack از سوی گیرنده هستیم، رویداد time-out  را هم مدنظر قرار می دهیم تا اگر بعد از مدت زمان مشخصی این پیغام نرسید، time-out رخ دهد. اما اگر پیام Ack قبل از موعد مقرر رسید، یا اینکه وقفه دیگری دریافت شد، باید فرایند time-out لغو شود. که این کار می تواند توسط op_ev_cancel() صورت گیرد. در شکل زیر تعدادی از KP های مربوط به این گروه دیده می شوند.

گروه چهارم: Identification Package

این گروه از KP ها برای دریافت شماره ID هر شی ء در شبیه سازی ایجاد شده اند. این KP ها از اهمیت ویژه ای برخوردارند. چرا که سایر KP ها بر روی اشیائی عمل می کنند که شماره آنها توسط این گروه از KP ها تعیین می شود. یک شماره ID یک عدد صحیح بوده که هویت یک شی ء را در حین اجرای عملیات شبیه سازی به کار می رود. به عنوان مثال op_id_from_name  سه متغیر را به عنوان آرگومان ورودی خود دریافت نموده و وظیفه تبدیل نام شی ء مربوطه به شماره آن را بر عهده دارد. در جدول زیر KP های مختلف به این گروه را مشاهده می کنید.

گروه پنجم  : Interrupt Package

ثبت و تعیین اطلاعات مربوط به وقوع وقفه های ورودی و همچنین تنظیم و زمان بندی وقوع وقفه های خروجی را می توان از جمله مهمترین وظایف این دسته از KP ها دانست. به عنوان مثال تابع op_intrupt_code که متناظر با وقفه جاری و فرایند اجرا شده پس از اعمال وقفه را به دست می دهد. این گروه از KP ها نیز بسیار پر کاربرد بوده و از اهمیت ویژه ای برخوردارند. در زیر چند دسته از مهمترین این KP ها را مشاهده می کنید.

گروه ششم: Queue Package

این دسته از KP ها با ماژولهای صف و به طور کلی با عملیات مربوط به صف بندی سر وکار دارند.

به عنوان مثال OP_q_empty برای پی بردن به این نکته که صف خالی است یا خیر، به کار می رود.

و یا op_q_flush برای خالی کردن یک صف به کار می رود. کاربرد این KP در مواردی است که تحت شرایط خاصی بخواهیم بسته های موجود در یک صف که احیانا دچار خطا شده اند و دیگر ارزشی ندارند را حذف کنیم.

در اینجا این گروه از KP ها را به صورت لیست شده می توان دید.

گروه هفتم: Radio Package

این دسته از KP ها با ماژولهای فرستنده و گیرنده در ارتباط هستند و با استفاده از آنها می توان به صورت دینامیک کانالهای مورد استفاده توسط یک فرستنده را تغییر داد. به عنوان مثال در شبیه سازی شبکه های بی سیم، زمانی که یک گره از برد رادیوئی گره فرستنده خارج می شود، باید به نوعی کانالی که پیش از این برای ارسال اطلاعات به آن گره مورد استفاده قرار می گرفت آزاد شده و یا به ارتباط دیگری تخصیص یابد. در شکل زیر انواع مختلف این KP ها آورده شده اند. همانطور که می بینیم برخی از آنها برای اضافه کردن (add) کانال و برخی دیگر برای حذف کردن کانال (remove) به کار می روند.

4- بررسی مدل TCP موجود در OPNET

همانطور که می دانیم پروتکل TCP از جمله مهمترین و پرکاربردترین پروتکلهای لایه انتقال است و بیشتر کاربردهای اینترنت مبتنی بر این پروتکل هستند. این پروتکل که از نوع اتصال گرا بوده یک مکانیزم مطمئن انتقال بسته ها بر روی یک بستر مخابراتی غیر قابل اطمینان فراهم می کند. اگر به طور خلاصه بخواهیم ویژگیهای این پروتکل را بررسی کنیم، باید موارد زیر را یاد آور شویم:

قابلیت اطمینان بالای TCP در تحویل بسته ها

در TCP به دلیل استفاده از مکانیزم تصدیق داده های دریافتی و همچنین به کار بردن مکانیزم ارسال مجدد، انتقال اطلاعات به  صورت کاملا اطمینان بخش صورت می گیرد. البته استفاده از این روشها محدودیت عدم امکان استفاده از TCP برای کاربردهای مالتی مدیا که ترافیک آنها به زمان حساس است را ایجاد می کند. پس به طور کلی استفاده از TCP تنها برای آن دسته از کاربردهای مناسب است که به تاخیر حساس نبوده و در عوض به دقت بالایی نیاز دارند.

استفاده از مکانیزمهای کنترل جریان

در TCP برای امکان در یافت صحیح بسته ها توسط گیرنده از مکانیزمهای خاصی جهت انجام عملیات کنترل جریان استفاده می شود. کاربرد این امر در مواردی است که به دلیل پر شدن بافر گیرنده و یا کند بودن گیرنده در دریافت اطلاعات نسبت به فرستنده، اطلاعات در بافر گیرنده سر ریز شده و از بین می رود. در این صورت با ارسال مجدد بسته ها از سوی فرستنده، هدر رفتن منابع شبکه و همچنین ایجاد تاخیر بیشتر در دریافت کامل اطلاعات را خواهیم داشت. در TCP گیرنده میزان توانایی خود در دریافت اطلاعات را در قالب پیامهای تصدیقی که ارسال می کند، به اطلاع فرستنده می رساند. این کار با استفاده از فیلد window size در هدر TCP انجام می شود. در این مکانیزم فرستنده به هیچ وجه مجاز به ارسال اطلاعات پیش از مقداری که گیرنده به آن اعلام کرده است نیست.

استفاده از روش شماره گذاری بسته ها

در TCP برای کشف بسته های گم شده و همچنین بسته های تکراری، واحد فرستنده برای ارسال بسته ها به آنها شماره ترتیب نسبت می دهد تا گیرنده از روی شماره هر بسته اقدام به کشف بسته های گم شده یا تکراری بپردازد.

4-1 تنظیم پارامترهای TCP در OPNET  

در OPNET یرای هر گره که ساختار لایه ای آن شامل لایه انتقال بوده و به نوعی پروتکل TCP را پشتیبانی می کند، یک مجموعه پارامترها تعریف می شود که برای پیکربندی لایه انتقال آن گره، باید این پارامترها به صورت دلخواه تنظیم شوند. در غیر اینصورت مقادیر به صورت پیش فرض از سوی نرم افزار انتخاب می شوند. برای تنظیم این پارامترها می توان بر روی گره مورد نظر در ویرایشگر Project  کلیک راست کرده و گزینه Attributes  را انتخاب کرد. در اینصورت پنجره های مشابه شکل زیر باز شده که می توان از بین گزینه های موجود در آن، گزینه TCP Parameter را انتخاب کرد. این گزینه خود شامل موارد مختلفی است و برای تعیین دقیق پارامترهای TCP باید گزینه آخر  (Edit) را انتخاب کرد.

با انتخاب گزینه Edit پنجره کوچکی مشابه شکل زیر باز شده که در آن پارامترهای مختلف قابل تغییر وجود دارد.

 

از جمله مهمترین این پارامترها بیشترین طول هر قطعه TCP است که می توان آن را به طور دلخواه و بر مبنای پروتکل زیر لایه MAC  مورد نظر تعیین کرد. همچنین دیگر  پارامتر مهم قابل تنظیم، پارامتر بیشترین تاخیر در ارسال پیام تصدیق وصول داده ها است. توجه داشته باشید که در TCP به محض دریافت یک بسته، پیام تصدیق آن فرستاده نمی شود. بلکه به امید اینکه تا لحظاتی بعد داده ای برای ارسال ظاهر شود و همراه با آن، پیام تصدیق داده های دریافتی قبلی نیز ارسال شود. به بیان دیگر پهنای باند را بی جهت و با ارسال پیامهای فاقد بخش داده هدر ندهیم.

از دیگر ویژگیهای قابل تنظیم در این منو، سطح آستانه بافر گیرنده است. با تغییر این پارامتر، طول پنجره پیشنهادی ( پنجره ای که برای کنترل جریان در TCP استفاده می شود ) تغییر خواهد کرد. به نحوی که با بزرگ کردن آن می توان حجم بافر گیرنده را افزایش داده و مسئله کنترل جریان را کمرنگ کرد. و بر عکس با کوچک کردن حجم این پارامتر بافر گیرنده کاهش پیدا کرده و مسئله کنترل جریان از اهمیت ویژه ای برخوردار خواهد گشت.

همانطور که می دانیم در TCP از الگوریتم شروع آهسته برای ارسال اطلاعات استفاده می شود. یکی دیگر از موارد قابل تنظیم در این منو، مقدار اولیه پنجره ازدحام در هنگام شروع به کار الگوریتم شروع آهسته است. در بیشتر پیاده سازیهای TCP این مقدار برابر یک MSS در نظر گرفته می شود. مورد دیگری که در این پنجره مشاهده می شود و می توان آن را به دلخواه تعیین کرد، الگوریتمها و پروتکلهای جانبی است که ممکن است در بعضی از نسخه های TCP به کار روند. از جمله معروفترین این الگوریتم ها، می توان به الگوریتم ناگل، الگوریتم ارسال مجدد سریع و الگوریتم کار آن اشاره کرد. در ضمن برای مشاهده جزئیات مربوط به هر الگوریتم، می توان با انتخاب گزینه Detail در قسمت پایین پنجره جزئیات بیشتری در مورد هر یک از آنها به دست آورد.

برای بررسی وآنالیز عملکرد یک اتصال TCP، پارامترهای زیادی وجود دارند که می توان با بررسی آنها در حین اجرای شبیه سازی، عملکرد یک اتصال TCP را مورد ارزیابی قرار داد. این پارامترها را در یک تقسیم  بندی کلی می توان درگروه مختلف بررسی کرد:

نخست آن دسته از پارامترهایی که فقط مربوط به یک اتصال TCP در یک گره بوده مانند طول پنجره ازدحام مربوط به یک اتصال خاص.

اما دسته دوم این پارامترها عمومی بوده و مربوط به تمامی اتصالات TCP است که ممکن است یک گره با سایر گره ها در یک شبکه داشته باشد. بررسی این دسته از پارامترها قابلیت تحلیل کل ترافیک منتقل شده از لایه انتقال یک گره در شبکه را به ما می دهد.

اما برای تعیین یکی از پارامترها جهت شبیه سازی و جمع آوری آمار از آن در حین شبیه سازی، می توان در ویرایشگر project با انتخاب گزینه choose statistics  از منوی simulation پنجره ای که مربوط به این کار است را باز کرد. این پنجره در شکل زیر نشان داده شده است.

حال می توان در لیست موجود در این پنجره،  پارامترهای مربوط به پروتکل TCP را انتخاب کرد. به عنوان مثال در شکل فوق پارامتر اندازه پنجره ازدحام انتخاب شده است. پس از اجرای شبیه سازی، می توان با انتخاب گزینه View Result از منوی Result  نتایج حاصله و آمارهای اخذ شده از پارامتر مورد نظر در حین اجرای شبیه سازی را مشاهده کرد.

4-4 ساختار مدل TCP در OPNET

در این فصل به بررسی دقیق تر جزئیات مدل TCP موجود در  OPNET می پردازیم. به طور کلی هر گره در شبکه که ساختار لایه ای آن شامل لایه انتقال بوده، پروتکل TCP در ساختار آن اجرا شده است. ساده ترین این ادوات را می توان یک کامپیوتر عادی دانست که می تواند به شبکه متصل شود و در شکل زیر شمای آن را در ویرایشگر Project می بینیم. به طور کلی چنین عنصری در شبکه را یک ایستگاه کاری گویند. اگر در محیط ویرایشگر Project  بر روی یک این عنصر کلیک کنیم، ساختار لایه ای آن را در محیط ویرایشگر Node مطابق شکل زیر خواهیم دید همانطور که در شکل مشخص است، ماژول مربوط به پروتکل TCP در ناحیه مربوط به لایه انتقال قرار دارد. البته به موازات آن ماژولی برای پروتکل UDP قرار گرفته که این عنصر را قادر می سازد تا یک پروتکل مناسب برای کاربردهای بلادرنگ نظیر کاربردهای مالتی مدیا در لایه انتقال خود داشته باشد.

همچنین با کلیک کردن بر روی ماژول TCP در ویرایشگر Node، می توان ساختار دقیق این پروتکل را در قالب یک دیاگرام حالت در ویرایشگر Process مشاهده کرد. این دیاگرام را در شکل زیر مشاهده کنید. این دیاگرام را از دو حالت غیر اجباری ( قرمز رنگ ) و هفت حالت اجباری تشکیل شده است. البته نمای ظاهری این دیاگرام با آنچه در RFC  مربوط به TCP آمده است اندکی متفاوت است، ولی در عمل دو دیگرام با هم تفاوتی ندارند.

در شکل زیر دیاگرام حالت متناظر با پروتکل TCP که از سوی ارائه کنندگان آن در RFC شماره 793  آمده است را ملاحظه می کنید. این دیاگرام با فرض یک ارتباط مشتری- سرویس دهنده رسم شده است. خطوط توپر و پررنگ مبین گذار حالات مشتری و خطوط نقطه چین مبین گذار حالات سرویس دهنده است.

ابتدا به بررسی اتفاقات رخ داده در سمت مشتری می پردازیم. در ابتدای کار، در حالت CLOSED هستیم. به مفهوم آنکه هنوز هیچ اتصالی بین مشتری و سرویس دهنده برقرار نشده است. آنقدر در این حالت می مانیم تا تابع CONNECT در سمت مشتری اجرا شود این بدان مفهوم است که از لایه بالاتر پیامی در حال برقراری یک اتصال با سرویس دهنده رسیده است. پس از اجرای این تابع، یک قطعه TCP که در هدر آن و در فیلد SYN عدد یک قرار گرفته است برای سرویس دهنده ارسال می شود. لازم به ذکر است که ارسال پیامی با SYN=1 به مفهوم تقاضای ایجاد یک اتصال است. پس از ارسال این پیام برای سرویس دهنده، به حالت SYN SENT  می رویم. در این حالت مشتری منتظر می ماند تا از سوی سرویس دهنده پیامی مبتنی بر موافقت آن برقراری اتصال می ماند. در اینجا برای برقراری اتصال و گذار به حالت ESTABLISHED مشتری باید یک پیام ACK با SYN=1  از سرویس دهنده دریافت کند. پس از دریافت این پیام، مشتری نیز یک پیام ACK دار بر تصدیق دریافت پیغام سرویس دهنده برای آن ارسال می کند و به حالت ESTABLISHED می رود. در این حالت اتصال به صورت دوطرفه برقرار شده و تبادل اطلاعات می تواند بر مبنای جزئیات پروتکل TCP صورت پذیرد. در واقع مراحل عنوان شده در برقراری یک اتصال را می توان دست تکانی 3 مرحله ای دانست.

با اجرای تابع CLOSED در سمت مشتری ( به مفهوم تقاضا برای خاتمه اتصال) یک قطعه TCP با FIN=1 برای سرویس دهنده ارسال می شود و دیاگرام به حالت FIN WAIT 1 می رود. مجددا لازم به یادآوری است که ارسال پیامی با  FIN=1 به مفهوم تقاضای خاتمه اتصال است. در حالت FIN WAIT 1 مشتری منتظر دریافت پیام Ack از سوی سرویس دهنده است تا ارتباط رسما از یک طرف قطع شود. در این حالت مشتری به FIN WAIT 2 می رود. در این حالت همانطور که عنوان شد، تبادل اطلاعات فقط از سمت سرویس دهنده به مشتری صورت می گیرد.

در نهایت دیاگرام آنقدر در این حالت می ماند تا سرویس دهنده نیز اقدام به خاتمه اتصال کند. این کار با دریافت یک پیام FIN=1 توسط مشتری از سوی سرویس دهنده صورت می گیرد. مشتری نیز با دریافت این پیام؛ تصدیق آن را برای سرویس دهنده ارسال کرده و به حالت TIME WAIT می رود. در این حالت پس از گذشت زمان محدودی اتصال از دو طرف به صورت کامل قطع می شود. حالت TIME WAIT را می توان حالت انتظار برای از بین رفتن تمام بسته های سرگردان دانست.

حال به بررسی اتفاقات رخ داده در سمت سرویس دهنده می پردازیم. در اینجا نیز ابتدا در حالت CLOSED هستیم و با اجرای تابع LISTEN به حالت LISTEN می رویم. در این حالت سرویس دهنده در حال گوش کردن به پورت مربوطه جهت دریافت یک پیام با SYN=1 است. با دریافت این پیام، سرویس دهنده نیز پیام تصدیقی با SYN=1 برای مشتری فرستاده و به حالت SYN RCVD می رود. در این حالت سرویس دهنده منتظر دریافت پیام تصدیقی از سوی مشتری است. با دریافت این پیام، مراحل آخر از مراحل دست تکانی سه مرحله ای نیز انجام شده و به حالت ESTABLISHED خواهیم رفت. در این مرحله با دریافت یک پیام با FIN=1 از سوی مشتری، پیام تصدیقی برای آن ارسال شده و به حالت CLOSE WAIT خواهیم رفت. در این حالت اتصال از سمت مشتری به سرویس دهنده قطع شده است. در این حالت آنقدر خواهیم ماند تا اینکه تابع CLOSE در سمت سرویس دهنده اجرا شود. با اجرای این تابع یک پیام FIN = 1 برای مشتری ارسال شده و به حالت LAST Ack  خواهیم رفت. درر این حالت سرویس دهنده منتظر دریافت Ack از سوی مشتری می ماند تا او نیز از سمت خود اتصال را قطع نماید.در دیاگرام فوق برخی از گذارهای دیگر نیز ممکن است در اثر وقوع شرایط خاصی صورت پذیرند که در شکل با خطوط توپر و نازک نشان داده شده است.

حال که دیاگرام حالت معرفی شده برای پروتکل TCP در RFC شماره 793  را بررسی کردیم، به معرفی این دیاگرام در OPNET می پردازیم.

همانطور که در شکل می بینیم این دیاگرام از دو حالت غیر اجباری و هفت حالت اجباری تشکیل شده است. به طور کلی ارتباط بین لایه TCP و لایه کاربرد مبنای دو نوع دستور صورت می گیرد. اگر ارتباطی بخواهد از لایه کاربرد به لایه TCP برقرار شود، به وسیله یک مجموعه دستورات مشخص که آنها را command گوئیم، این کار انجام می شود و بر عکس اگر TCP بخواهد به لایه کاربرد پیامی ارسال کند، با استفاده از یکسری علائم قرار دادی که به آنها indication گفته می شود، این کار را انجام می دهد. مجموعه command های مورد استفاده توسط لایه کاربرد برای صحبت با TCP عبارتند از OPEN، SEND، RECEIVE ، CLOSE و ABOART و مجموعه indication های مورد استفاده در TCP برای برقراری ارتباط با لایه کاربرد عبارتند از SEG_FWD ، ESTAB ، CLOSED و ABOARTED